深空通信下行链路特性分析及仿真

摘要

本课题分析了深空通信中的各种链路衰减，提出了提高通信质量新的研究方法，并且根据深空通信的特点分析了适合深空通信的通信协议，为CFDP协议在典型深空探测任务中的应用提供参考。
　　本文通过理论分析得知深空通信中使得链路衰减的主要原因是通信距离遥远和地球大气对电波传输的影响，仿真分析了通信距离和大气造成的衰减与载波频率的关系，提高载波频率可以减小由于距离巨大对通信质量产生的影响但同时会增大地球大气引起的链路衰减。根据上述特点，利用GEO卫星作为中继将深空通信链路划分为深空段和近地段两段，并且根据两段不同的通信特点采用不同的载波频率以减小整条链路的衰减。另外深空通信的误码率与地面站通信相比较大，而且通信延时巨大，因此为了使数据在深空环境中正确传输，本文将采用CCSDS建议中CFDP协议来传输数据。
　　本文的根据深空通信中产生链路衰减因素的特点，以GEO卫星为中继将链路划分为深空段和近地段，分别分析两段的链路衰减与载波频率的关系。并且利用仿真，分析在采用中继链路时深空通信下行链路的信噪比、误码率、信道容量等通信指标与两段链路载波频率的关系，解决了深空通信中降低载波频率以减小大气引起的链路衰减但同时会增大由于通信距离长造成的链路衰减的矛盾。根据深空通信误码率大、传输延时长等特点，采用CFDP为通信协议，分析了CFDP的传输机制及传输延时。
　　本文中由仿真得到的结论说明在深空通信中采用以GEO卫星为中继的链路，根据两段不同的通信环境采用不同的载波频率能够有效的降低链路衰减、提高信噪比、减小误码率等，为中继链路在深空通信中的进一步应用提供了理论基础；CFDP在深空通信中的传输延时的仿真结果反映出在大延迟、高误码率的深空通信中，CFDP的能够正确传输文件，对CFDP的应用有一定的参考价值。

目录

深空通信下行链路特性分析及仿真

工学硕士学位论文深空通信下行链路特性分析及仿真尚尚哈尔滨工业大学

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题背景

1.2本课题研究的目的及意义

1.3国内外相关技术发展现状

1.3.1对于解决链路衰减的研究现状

1.3.2国外关于中继链路的研究现状

1.3.3关于深空探测协议的研究现状

1.3.4本文考虑的主要问题

1.4课题来源及主要研究内容

第2章深空通信中的链路衰减及噪声

2.1引言

2.2深空通信中的衰减

2.2.1在真空中由链路长度引起的衰减

2.2.2大气吸收

2.2.3降雨衰减

2.2.4云和雾引起的衰减

2.2.5电离层衰减

2.3噪声

2.3.1接收系统噪声

2.3.2其它噪声

2.4在青岛站处大气衰减的仿真分析

2.5本章小结

第3章中继链路特性及仿真分析

3.1引言

3.2中继链路的传输特性

3.2.1中继链路的接收信号功率

3.2.2中继链路的信噪比

3.2.3中继链路的信道容量

3.3仿真结果及数据分析

3.3.1信噪比的仿真分析

3.3.2误码率的仿真分析

3.3.3信道容量

3.3.4对地面站天线尺寸的影响

3.4本章小结

第4章DeferredNAKCFDP传输方式分析

4.1引言

4.2DeferredNAKCFDP的传输机理

4.3DeferredNAKCFDP传输延时的估算

4.3.1EOF传输延时的估算

4.3.2重传延时的估算

4.3.3文件传输延时的估算

4.4DeferredNAKCFDP传输延时仿真

4.5本章小结

第5章ImmediateNAKCFDP传输方式分析

5.1引言

5.2ImmediateNAKCFDP的传输机理

5.3ImmediateNAKCFDP文件传输延时的估算

5.3.1对Tinc的估算

5.3.2对Tdef的估算

5.4ImmediateNAKCFDP传输延时仿真

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢